太子河干流中游段近60年降水蒸發要素演變分析

徐 飛

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110043)

降水蒸發是水平衡方程的重要輸入項，對于區域水資源量的分配和計算至關重要，也是反映區域氣候變化和土地利用/覆被的最重要的兩個因素。對于區域降水蒸發的演變規律的分析有助于對區域水資源演變進行有把控。近些年來，對于區域降水蒸發演變規律分析的研究成果較多[1- 5]，其中趨勢檢驗分析方法[6- 7]以及突變診斷分析方法[8- 9]在區域降水蒸發演變特征的分析中應用較為成熟。太子河是遼寧東部較為重要的河流，為此本文結合趨勢檢驗法以及突變特征分析方法，結合太子河干流水文站實測降水蒸發數據，對太子河干流中游段的降水蒸發要素的演變特征及規律進行全面系統的分析，分析成果對于太子河中游水資源規劃和水資源評價具有重要的參考價值。

1 研究方法

1.1 趨勢檢驗方法

為對水文氣象要素特征變化趨勢進行檢驗，采用非線性趨勢檢驗方法對水文變化特征進行檢驗，該方法假設時間數據序列(x1，x2，，xn)為獨立、隨機同變量分布的樣本序列，檢驗統計變量S計算方程為：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，S—正態分布的檢驗統計變量；xi和xj—同一樣本中不同分布的兩個系列，其中E(ck)=k(k-1)/4；σs—標準方差；sign—運算符號；n—樣本的總個數；Z—檢驗值，若Z>0，檢驗的時間序列為上升變化趨勢，Z<0，檢驗的時間序列為上下降變化趨勢；Z的絕對值大于或等于2.32、1.64、1.28，表示通過置信度分別為99%、95%以及90%的顯著性檢驗水平。

1.2 突變診斷方法

突變分定義一個統計量ck來分析n個獨立的、隨機變量同分布的樣本數據序列(x1，x2，，xn)，計算方程分別為：

圖1 研究區域站點分布圖

(5)

E(ck)=k(k-1)/4

(6)

σ(ck)=k(k-1)(2k+5)/72

(7)

(8)

式中，m—第i個樣本xi>xj(1≤j≤i)的累積數，E(ck)、σ(ck)—ck的均值和方差，UFk—ck的標準化；按逆序列數據(xn，xn-1，，x1)重復上面過程，使|UBk|=-UFk，k=n，n-1，，UB1=0。如果UF和UB兩條曲線在置信區間內出現交點，即為可能的突變點。

2 研究成果

2.1 區域概況

太子河流域屬于溫帶大陸性季風氣候區，全年氣候溫和、濕潤，四季分明。太子河流域多年平均降水量在700～900mm之間，是東北地區降水較多的地區。年內降水量分布很不均勻，多集中在6～9月，占全年的70%～80%，其中7～8月份降水量最多，約占全年的60%。小林子水文站址位于遼陽縣小北河鎮小林子村(東經122°54′，北緯41°22′)，是太子河重要控制站。太子河中下游，集水面積10254km2，至遼陽水文站距離為47km，見圖1。

2.2 降水蒸發趨勢檢驗分析

2.2.1 年降水蒸發趨勢分析

結合小林子站1952～2016年降水蒸發統計年值，分析其年降水蒸發演變趨勢，結果見圖2。

圖2 小林子站年降水蒸發趨勢變化過程

圖3 小林子站各季節降水變化過程

2.2.2 月降水蒸發趨勢分析

結合小林子站1952～2016年降水蒸發統計月值，分析小林子站月降水蒸發演變趨勢，結果見圖3、4及表1。

表1 各時間尺度降水蒸發趨勢檢驗結果

圖2直觀地反映了太子河干流小林子站的年降水和年蒸發演變趨勢，從圖2中可看成，小林子站年降水變化較為平穩，而年蒸發呈現較為明顯的遞減趨勢，結合表1可看成，年降水的趨勢檢驗值為-0.4812，變化趨勢較弱。而年蒸發的檢驗統計值為-4.8405，達到95%的遞減趨勢。從降水各季節變化可以看成，和年降水變化較為一致，各季節降水變化也較為平穩，其秋季遞減趨勢較為明顯，遞減率達到-9.1mm/a，從蒸發的季節變化趨勢圖可以看成，春節較其他季節的遞減趨勢最為明顯，冬季的變化趨勢最弱，年蒸發逐年遞減率為-14.7mm/a，而年蒸發遞減率高，也是太子河干流徑流減少的主要因素之一。

2.3 降水蒸發突變診斷分析

2.3.1 年降水蒸發突變診斷分析

結合小林子站1952～2016年降水蒸發統計年值，運用突變診斷分析方法對小林子站年降水蒸發的突變特征進行分析，分析結果如圖5所示。

圖5 年降水蒸發突變診斷結果

2.3.2 月降水蒸發突變診斷分析

結合小林子站1952～2016年降水蒸發統計月值，運用突變診斷分析方法對小林子站年降水蒸發的突變特征進行分析，分析結果如圖6、7所示。

圖5中可看出年降水和年蒸發的突變年份不一致，這主要是因為造成降水和蒸發變化的原因不一樣，降水主要受氣候變化，而蒸發除受氣候變化外，還受到區域下墊面的變化，年降水突變主要發生在20世紀70年代，其中1975年為其突變轉折年份?？梢哉J為太子河干流在1975年前后出現一定程度的氣候突變。而年蒸發的突變主要發生在2000年以后，這主要由于2000年以后城市化的發展步伐較快，城市化的發展減少了區域植被量，也間接減少了區域了蒸發量，使得年蒸發較2000年以前呈現一定的突變特征。而季節蒸發和降水和年突變特征具有一定的相似性，各季節降水突變主要發生20世紀70年代，而蒸發主要發生在2000年以后，其中夏季降水突變特征顯著性高于其他季節，而春季蒸發的突變特征高于其他季節。春季蒸發突變的原因在于農業耕作措施的開展。

3 結語

(1)太子河干流中游段年蒸發遞減趨勢明顯，而降水變化平穩，這一特征是區域徑流降低變化的主要因素之一。

(2)太子河干流在1975年前后出現一定程度的氣候突變，這一特征使得降水出現突變，而蒸發的突變主要受區域城市化的發展，植被量的減少，使得蒸發遞減突變特征明顯，而春季蒸發突變的原因在于農業耕作措施的變化。

圖6 小林子季節降水突變診斷結果

圖7 小林子站季節蒸發突變診斷結果

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